KR20220088137A

KR20220088137A - 확공 조절이 가능한 확공용 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법

Info

Publication number: KR20220088137A
Application number: KR1020200178872A
Authority: KR
Inventors: 이덕규; 김완두; 이준희; 이성휘; 김영수
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-27
Also published as: KR102585524B1

Abstract

본 발명은 확공용 굴착 시스템에 관한 것으로서, 굴착을 위한 타격을 전달하도록 구성된 타격부; 굴착 대상물과 접촉하도록 구성된 쐐기형 굴착부; 상기 쐐기형 굴착부에 일단이 결합되고 상기 타격부의 길이방향으로 내부를 관통하는 중심 봉; 및 상기 중심 봉의 상하 이동에 의하여, 상기 타격부의 외경보다 반경방향 외측으로 더욱 돌출되는 제1위치와 상기 타격부의 외경과 동일한 제2위치 사이의 구간 내에서 이동 가능하도록 구성되는 복수의 확공날을 포함하고, 상기 중심 봉의 상하 이동은 확공조절기구에 의하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

Description

확공 조절이 가능한 확공용 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법{Drilling Apparatus for Reaming Having Reaming Control Device, and Method Using the Same}

본 명세서에 개시된 기술은 굴착 시스템 및 굴착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 굴착과 동시에 확공도 동시에 가능하고 확공 조절이 가능한 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법에 관한 것이다.

기존의 굴착 시스템은 크게 회전식 굴착 시스템과 타격식 굴착 시스템을 포함한다.

먼저, 회전식 굴착 시스템은 대표적인 예로서 건설 현장에서 사용하는 천공기나 원유 시추를 위해 땅 속에 구멍을 뚫는 경우이다. 해당 기술은 스파이럴 형태의 굴착 날이 회전하는 동시에 땅 속에 삽입되고 해당 날 면을 따라 굴착 방향과 반대 방향으로 땅속 물질이 외부로 이송되는 특징이 있다. 그러나, 경우에 따라 굴착 물질이 산업용 폐기물, 방사능 물질 등 위험 물질에 해당할 경우 해당 기술의 특징인 땅속 물질의 외부 노출은 환경오염을 발생시킬 수 있으며, 작업자들에게 유해 물질 등의 노출이 불가피하다는 단점이 있다.

한편, 타격식 굴착 시스템은 대표적인 예로서 건설 현장이나 사용 종료 매립지 등의 땅 속에 구멍을 뚫는 경우이다. 해당 기술은 굴착기 등에 항타기(혹은 타공기)를 연결하여 한쪽 끝이 쐐기 형태인 봉의 다른 쪽 끝을 내려쳐서 땅을 뚫는 방식에 해당한다. 그러나 이러한 방식은 굴착된 구멍의 형상이 봉의 절단면(원형)과 동일한 형상을 갖는다는 한계가 있다. 경우에 따라서 굴착된 구멍의 형상이 3차원의 요철이 필요한 경우 해당 기술로는 해당 천공 형상을 형성할 수 없는 단점이 있다.

본 명세서에 개시된 기술은 기존에 존재하는 흙/자갈/매립지 등의 땅에 구멍을 뚫는 굴착 시스템과는 달리 굴착과 동시에 확공도 가능한 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법을 제공한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술은 기존 굴착 시스템의 경우 굴착을 할 경우 땅 속에 있는 물질이 외부로 노출되는 문제점을 해결 가능한 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법을 제공한다.

그리고, 본 명세서에 개시된 기술은 굴착된 구멍의 형상이 3차원의 요철이 필요한 경우 해당 천공 형상을 형성할 수 있는 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법을 제공한다.

아울러, 본 명세서에 개시된 기술은 굴착 및 확공과 동시에 파이프 등의 배관을 땅속으로 삽입할 수 있는 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법을 제공한다.

특히, 본 명세서에 개시된 기술은 땅 속의 무른 정도에 상관없이 확공날의 확공 정도를 조절할 수 있는 기능이 있으며, 이로부터 굴착되는 땅 속의 구멍의 형상을 임의로 형태로 만들 수 있는 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법을 제공한다.

본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상에 따른 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

앞서 설명한 예시적 과제들을 해결하기 위한 수단으로서 확공용 굴착 시스템을 제공하며, 이러한 확공용 굴착 시스템은, 굴착을 위한 타격을 전달하도록 구성된 타격부; 굴착 대상물과 접촉하도록 구성된 쐐기형 굴착부; 상기 쐐기형 굴착부에 일단이 결합되고 상기 타격부의 길이방향으로 내부를 관통하는 중심 봉; 및 상기 타격부와 상기 쐐기형 굴착부의 사이에 위치되고, 상기 타격부의 외경보다 반경방향 외측으로 더욱 돌출되는 제1위치와 상기 타격부의 외경과 동일한 제2위치 사이에서 이동 가능하도록 구성되는 복수의 확공날을 포함하고, 상기 타격부는 상기 확공날의 제1위치를 조절하도록 구성된 확공조절기구를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 또 다른 확공용 굴착 시스템은, 굴착을 위한 타격을 전달하도록 구성된 타격부; 굴착 대상물과 접촉하도록 구성된 쐐기형 굴착부; 상기 쐐기형 굴착부에 일단이 결합되고 상기 타격부의 길이방향으로 내부를 관통하는 중심 봉; 상기 타격부와 상기 쐐기형 굴착부 사이에 위치되는 확공날 가이드부; 상기 타격부와 상기 확공날 가이드부의 사이에 위치되고, 상기 타격부의 외경보다 반경방향 외측으로 더욱 돌출되는 제1위치와 상기 타격부의 외경과 동일한 제2위치 사이에서 이동 가능하도록 구성되는 제1단의 복수의 확공날; 및 상기 확공날 가이드부와 상기 쐐기형 굴착부의 사이에 위치되고, 상기 타격부의 외경보다 반경방향 외측으로 더욱 돌출되는 제1위치와 상기 타격부의 외경과 동일한 제2위치 사이에서 이동 가능하도록 구성되는 제2단의 복수의 확공날을 포함하고, 상기 타격부는 상기 확공날의 제1위치를 조절하도록 구성된 확공조절기구를 포함한다.

상기 확공조절기구는, 외력에 의해 회전하도록 구성된 제1기구; 및 상기 제1기구에 인가되는 회전력을 상기 중심 봉의 상하이동을 위한 구동력으로 변환하도록 구성된 제2기구를 포함한다.

상기 제1기구는 웜기어를 포함하고, 상기 제2기구는 웜휠기어를 포함하고, 상기 웜휠기어는, 상기 웜기어의 회전력을 전달받도록 구성된 외주면과, 상기 중심 봉이 관통하면서 상기 중심 봉의 일부 외면에 형성된 나사산과 결합하도록 구성된 내주면을 포함한다.

상기 복수의 확공날 각각은, 확공을 수행하도록 형성된 날 부분 및 상기 확공날의 일정한 수평이동을 가능하도록 구성된 복수의 가이드를 포함한다.

상기 타격부는, 상기 확공날의 날 부분과 슬라이딩 접촉 가능하도록 구성된 경사면; 및 상기 경사면과 상기 확공날의 날 부분 사이의 가압 접촉에 의하여 상기 확공날이 이동하는 경우, 상기 확공날의 일정한 수평방향 이동을 가능하도록 구성된 가이드를 포함한다.

상기 쐐기형 굴착부는, 상기 경사면과 상기 확공날의 날 부분 사이의 가압 접촉에 의하여 상기 확공날이 이동하는 경우, 상기 확공날의 일정한 수평방향 이동을 가능하도록 구성된 가이드를 포함한다.

상기 타격부의 가이드는 하부에 형성된 경사방향 가이드 홈으로 구성되고, 상기 확공날의 복수의 가이드는, 상부에 형성된 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 확공날의 하부에 형성된 수평방향 가이드 돌기부로 구성되며, 상기 쐐기형 굴착부의 가이드는 상부에 형성된 수평방향 가이드 홈으로 구성되고, 상기 확공날의 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 수평방향 가이드 돌기부는 상기 타격부의 경사방향 가이드 홈과 상기 쐐기형 굴착부의 수평방향 가이드 홈에 각각 결합된다.

상기 확공날 가이드부는, 상기 확공날의 날 부분과 슬라이딩 접촉 가능하도록 구성된 경사면; 및 상기 경사면과 상기 확공날의 날 부분 사이의 가압 접촉에 의하여 상기 확공날이 이동하는 경우, 상기 확공날의 일정한 수평방향 이동을 가능하도록 구성된 복수의 가이드를 포함한다.

상기 타격부의 가이드는 하부에 형성된 경사방향 가이드 홈으로 구성되고, 상기 확공날 가이드부의 복수의 가이드는 상부에 형성된 수평방향 가이드 홈과 하부에 형성된 경사방향 가이드 홈으로 구성되고, 상기 쐐기형 굴착부의 가이드는 상부에 형성된 수평방향 가이드 홈으로 구성되고, 상기 제1단 및 제2단의 확공날의 복수의 가이드는, 상부에 형성된 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 확공날의 하부에 형성된 수평방향 가이드 돌기부로 구성되며, 상기 제1단의 확공날의 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 수평방향 가이드 돌기부는 상기 타격부의 경사방향 가이드 홈과 상기 확공날 가이드부의 수평방향 가이드 홈에 각각 결합되고, 상기 제2단의 확공날의 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 수평방향 가이드 돌기부는 상기 확공날 가이드부의 경사방향 가이드 홈과 상기 쐐기형 굴착부의 수평방향 가이드 홈에 각각 결합된다.

상기 확공날 가이드부는 상기 확공날의 외부 이탈을 방지하도록 구성된 스토퍼를 포함한다.

상기 확공날 가이드부는 굴착 시 이물질이 시스템 내부로 들어오는 것을 방지하도록 구성된 이물질 삽입 방지벽을 포함한다.

상기 제1단의 복수의 확공날과 상기 제2단의 복수의 확공날은 상기 중심 봉의 축방향으로부터 바라볼 때 서로 겹치지 않도록 배열된다.

상기 타격부는 상기 확공날의 외부 이탈을 방지하도록 구성된 스토퍼를 포함한다.

상기 쐐기형 굴착부는 굴착 시 이물질이 시스템 내부로 들어오는 것을 방지하도록 구성된 이물질 삽입 방지벽을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 굴착 및 확공 동시 수행 방법은, 앞서 설명한 확공용 굴착 시스템을 준비하는 단계; 상기 확공날을 상기 제2위치로 이동시킨 상태에서 상기 타격부에 타격을 인가하는 단계; 상기 확공조절기구를 통해 상기 확공날을 상기 제1위치로 이동시킨 후 굴착 및/또는 확공을 수행하는 단계; 및 상기 확공날을 상기 제2위치로 이동시킨 상태에서 상기 확공용 굴착 시스템을 퇴거시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 굴착과 확공 및 파이프 동시 매설 방법은, 앞서 설명한 확공용 굴착 시스템의 외경보다 큰 내경을 갖는 파이프 내부에 상기 굴착 시스템을 삽입하는 단계; 상기 파이프가 확공날의 상면에 위치하면 상기 확공조절기구를 통해 상기 확공날을 상기 제1위치로 이동시켜, 상기 파이프가 상기 굴착 시스템 아래로 빠지지 않도록 하는 단계; 이러한 상태가 유지된 상태에서 타격부를 가격하여 상기 굴착 시스템을 땅 속으로 삽입하여 확공/굴착과 동시에 파이프를 삽입하는 단계; 및 상기 확공날을 상기 제2위치로 이동시킨 상태에서 상기 확공용 굴착 시스템을 퇴거시키는 단계를 포함한다.

이러한 본 명세서에 개시된 기술의 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법에 의하면 굴착과 동시에 확공도 가능하다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술의 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법에 의하면 굴착된 구멍의 형상을 3차원의 요철 등으로 형성할 수 있으며, 특히, 땅 속의 무른 정도에 상관없이 확공날의 확공 정도를 조절할 수 있어, 이로부터 굴착되는 땅 속의 구멍의 형상을 임의로 형태로 만들 수 있다.

아울러, 본 명세서에 개시된 기술의 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법에 의하면 굴착/확공과 동시에 파이프 등의 배관을 땅속으로 삽입할 수 있으며, 땅 속에 있는 물질이 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다.

한편, 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1a 및 1b는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템으로서 (a) 확공 전 및 (b) 확공 후의 전체 시스템 상태를 나타내며 도면이다.
도 2a 및 2b는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템으로서 (a) 확공 전 및 (b) 확공 후의 확공날 부분 확대도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템의 분해도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템 중 타격부(100)로서 상단부 및 하단부를 분리하여 나타낸 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템 중 확공조절기구(150)을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템 중 쐐기형 굴착부(400)와 중심 봉(500)이 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템 중 (a) 전체 확공날 부분 및 (b) 단위 확공날(200)을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템 중 확공날 가이드부(300)을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 확공날(200)와 확공날 가이드부(300)가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 10a 및 10b는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템으로서 (a) 확공 전 및 (b) 확공 후의 중심 봉의 위치를 나타내는 부분 확대도이다.
도 11 (a) 및 (b)는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템에 의한 파이프(P) 동시 삽입을 위한 공정을 나타내는 도면이다.

본 명세서에 개시된 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 명세서에 개시된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 명세서에 개시된 기술은 본 명세서에 개시된 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "결합된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결 또는 결합될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결 또는 결합될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 '~부'로 표현되는 구성요소는 2개 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나 또는 하나의 구성요소가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화될 수도 있다. 또한, 이하에서 설명할 구성요소 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성요소가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성요소 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성요소에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.

다양한 실시예에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 기술의 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

본 명세서에서 기술되는 확공용 굴착 시스템의 기본 개념은, 굴착을 위한 타격을 전달하도록 구성된 타격부; 굴착 대상물과 접촉하도록 구성된 쐐기형 굴착부; 상기 쐐기형 굴착부에 결합되고 상기 타격부의 길이방향으로 내부를 관통하는 중심 봉; 및 상기 타격부와 상기 쐐기형 굴착부의 사이에 위치되고, 상기 타격부와 상기 쐐기형 굴착부 사이의 상대적인 이동의 유무에 의하여 상기 타격부의 외경보다 반경방향 외측으로 더욱 돌출되는 제1위치와 상기 타격부의 외경과 동일한 제2위치 사이에서 이동 가능하도록 구성되는 복수의 확공날을 포함한다는 것이다.

이하, 본 명세서에 개시된 기술의 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.

굴착 시스템

본 실시예에 의한 확공용 굴착 시스템은 전체적으로 도 1에서와 같은 2단 확공날 시스템으로 이루어진다. 동일한 기술적 사상을 유지하며 1단 또는 다단으로의 변경 적용함은 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

도 1 (a) 및 (b)는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템으로서 (a) 확공 전 및 (b) 확공 후의 전체 시스템 상태를 나타내며, 도 2 (a) 및 (b)는 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템으로서 (a) 확공 전 및 (b) 확공 후의 부분 확대도이며, 도 3은 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 굴착 시스템의 분해도이다.

이러한 2단 확공날 굴착 시스템은 설명의 편의상 크게 5개의 기능적 부분인, 타격부(100), 확공날(200), 확공날 가이드(300), 굴착부(400) 및 중심 봉(500)으로 구성된다. 각 부분 별 상세도는 도 4 이하에 도시된다. 한편, 이하의 일부 도면에서는 설명과 이해의 편의를 도모하기 위하여 각 단에서의 확공날과 같이 동일한 형상의 서로 대칭되는 구성(가령, 스토퍼, 이물질 삽입 방지벽 등)에 대해서는 하나의 구성만을 도시하였음을 이해하여야 하며 당업자라면 이러한 도시 및 설명으로부터 도시 생략된 구성에 대해서도 충분히 재현 및 실시 가능할 것이다.

먼저 도 4는 일 실시예에 따른 굴착 시스템 중 타격부(100)을 나타낸다. 동 도면에 도시된 타격부는 상단(도 4 (a))과 하단(도 4 (b))의 2단이 연결되는 구조이며 이러한 단의 개수는 굴착 깊이 등에 의하여 조절될 수 있다.

타격부(100)는 외부 타공기(미도시)로부터 가해지는 힘을 직접적으로 받는 기능을 수행한다. 이는 예시적으로 실린더 형상으로 이루어질 수 있으며, 그 내부는 중공형으로 이루어져 수직이동이 가능한 중심 봉(500)이 삽입되도록 구성된다. 중심 봉(500)은 쐐기형 굴착부(400)에 일단이 결합되고 타격부(100)의 길이방향으로 내부를 관통하도록 배치되며, 수직이동은 후술하는 확공조절기구(150)와의 나사결합에 의하여 수행된다.

도 4 (a)에 도시된 바와 같이, 타격부(100)는 상단부에 구멍(111)이 형성된 타격판(110)을 포함하며, 그 아래에는 중심 봉(500)의 수직방향 위치 및/또는 이동을 외부에서 관찰 가능하도록 구성된 슬릿(120)이 형성되어 있다.

도 4 (b)에 도시된 바와 같이, 타격부(100)의 하단부에는 확공날(200)의 수평방향 움직임을 일정하고 안정되게 안내하도록 구성된 홈(140)이 형성되어 있다. 이러한 타격부의 가이드 홈(140)은, 확공날(200)에 형성된 경사방향 가이드 돌기부(220)와 이동 가능하게 결합되며, 후술하는 확공조절기구(150)에 의하여 확공날(200)을 반경방향으로 밀어내도록 경사지게 형성된다. 이러한 확공날(200)의 결과적인 수평이동을 통하여 타격부 반경방향의 외부로 확공날(200)의 날 부분(210)이 펼쳐지고(제1위치로서 ‘확공 위치’로 명명될 수 있음) 또한 반경방향 내부로 확공날의 날 부분이 다시 회수되는(제2위치로서 ‘굴착 위치’로 명명될 수 있음) 작동이 가능하게 된다(도 2 참조).

또한 타격부(100)에는 굴착 시스템의 확공 시 확공날(200)의 외부 이탈을 방지하는 멈춤 장치인 스토퍼(130)가 형성되어 있다.

한편, 타격부(100)의 타격판(110) 하부에는 확공조절기구(150)가 설치되며, 이는 도 5에 상세히 도시된다. 확공조절기구(150)는 확공날(200)의 확공 정도, 즉 확공날의 날 부분이 펼쳐지고 오므려지는 제1, 2위치를 결정하도록 구성된다.

이러한 확공조절기구(150)는, 도 5 (b)에 도시된 바와 같이, 외력에 의해 회전하도록 구성된 제1기구(151)와, 제1기구에 인가되는 회전력을 중심 봉(500)의 상하이동을 위한 구동력으로 변환하도록 구성된 제2기구(153)를 포함한다.

도 5에서와 같이, 예시적으로, 제1기구는 웜기어(151)를 포함하고, 제2기구는 웜휠기어(153)를 포함할 수 있다. 웜휠기어(153)는, 웜기어(151)의 회전력을 전달받도록 구성된 외주면(기어 부분; 153a)과, 중심 봉(500)이 관통하면서 중심 봉의 일부 외면에 형성된 나사산(미도시)과 결합하도록 구성된 내주면(또 다른 기어 부분에 해당; 미도시)을 포함한다. 이로써 웜기어(151)의 회전이 웜휠기어(153)를 회전시키고, 웜휠기어(153)의 내부에 형성된 또 다른 기어가 중심 봉의 상부 외주면에 형성된 나사산과 맞물려 결국 중심 봉을 상하로 이동시킬 수 있게 된다.

도 5 (a)에 예시적으로 도시된 바와 같이, 윔기어(151)는 윔기어박스(152) 내부에 설치되며 외력인 회전력을 인가할 수 있는 장치와 커플링될 수 있도록 적어도 일단이 외부로 노출되도록 설치되며, 원활한 회전을 위한 베어링이 양단부에 설치된다. 웜휠기어(153)는 타격부(100)와 동축으로 연결된 웜휠기어박스(154) 내부에 안착되도록 설치되되, 웜기어(151)와 맞물림 결합되는 기어(외주면)의 일부가 웜휠기어박스(154) 외부로 노출되는 구조로 이루어진다. 웜휠기어박스(154) 내부에서 웜휠기어(153)의 회전을 위해 그 상하부에는 베어링(155)이 각각 설치될 수 있다. 상측 베어링(155) 상부에는 중심 봉(500)의 상하이동을 가이드하면서 웜휠기어(153)의 원활한 회전을 위해 장착된 베어링(155)의 외각을 고정 시키기 위한 용도로 구조체(156)가 위치할 수 있다. 해당 구조체(156)는 웜휠기어(153)의 회전 시 발생 할 수 있는 해당 구조체(156)의 회전 및 진동을 최소화하기 위해 외주면을 키(key: 157)로 고정할 수 있다.

가령, 땅 속에 구멍을 뚫는 중에 땅의 확공을 위해서는 굴착기 상부에 있는 웜기어(151)를 회전시켜 확공날(200)을 펼쳐야 한다. 이 때 웜기어(151)의 회전은 웜기어(151)와 맞닿아 있는 윔휠기어(153)를 회전시키고 해당 웜휠기어(153)의 내부에 파져 있는 또 다른 기어(나사산으로 형성된 내주면)는 굴착기 중심에 위치한 중심 봉(500)의 상부 끝단에 파져 있는 나사산과 맞물려 해당 봉의 상하 운동을 야기한다. 중심 봉(500)의 하부 끝단은 쐐기 모양으로 된 굴착부(400)와 체결되어 있는데, 중심 봉의 상하 운동에 의해 쐐기 주위에 있는 확공날(200)을 굴착기의 반경방향 바깥으로 밀어주기도 하고 오므리게도 하는 상대적 운동을 야기한다. 결과적으로 굴착기 상단에 위치한 웜기어(151)의 회전 방향에 따라 확공날(200)을 펼치거나 오므릴 수 있는 제어가 가능하다.

도 6은 일 실시예에 따른 굴착 시스템 중 쐐기형 굴착부(400)와 중심 봉(500)이 결합된 상태를 나타낸다.

쐐기형 굴착부(400)는 굴착 대상물(가령, 지면)과 직접적으로 맞닿는 부위로서 굴착 진입의 용이성을 위해 쐐기 형상으로 구성된다. 쐐기형 굴착부(400)의 상부에는 확공날(200)의 하부에 형성된 수평방향 가이드 돌기부(230)의 수평방향 움직임을 가이드 하도록 구성된 홈(411)이 형성된 확공날 가이드 구조체(410)가 설치된다. 여기서 확공날 가이드 구조체가 쐐기형 굴착부와는 별개의 구조체로 형성되어 결합될 수도 있지만, 이 두 구조체가 일체로 형성될 수도 있음은 자명하다.

중심 봉(500)은 예시적으로 세장형 실린더 형상으로 구성되며 일 선단은 쐐기형 굴착부(400)의 중심에 형성된 홈에 결합되어 확공용 굴착 시스템이 상하로 움직일 수 있도록 가이드 하는 역할을 한다. 중심 봉(500)은, 가령 굴착 상태에서는 슬릿(120)이 형성된 위치에서 돌출되지 않고 확공 상태에서는 슬릿(120)이 형성된 위치를 상회하여 돌출하도록 그 길이가 결정될 수도 있다. 한편, 중심 봉(500)의 상부 끝단에는 나사산이 형성되어 있으며, 이러한 나사산은 웜휠기어(153)의 내부에 파져 있는 또 다른 기어와 맞물려 해당 봉의 상하 운동을 가능하게 한다.

이하, 확공날과 관련한 구성을 설명한다. 도 7 (a) 및 (b)는 전체 확공날 부분 및 단위 확공날(200)을 각각 나타내고, 도 8은 확공날 가이드부(300)을 나타내며, 도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 확공날(200)와 확공날 가이드부(300)가 서로 결합된 상태를 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이, 확공날(200)은 크게 경사 단면의 날 부분(210)과 경사방향 가이드 돌기부(220) 및 수평방향 가이드 돌기부(230)로 구성된다. 경사방향 가이드 돌기부(220)는 확공날(200)의 상부에 형성되어 상부 결합 구성에 형성된 홈(제1단 확공날의 경우 타격부(100) 하단에 형성된 경사방향 가이드 홈(140)에 해당하며, 제2단 확공날의 경우 확공날 가이드부(300) 하단에 형성된 경사방향 가이드 홈(320)에 해당함)과 이동 가능하게 결합된다. 그리고 수평방향 가이드 돌기부(230)는 확공날의 하부에 형성되어 하부 결합 구성(제1단 확공날의 경우 확공날 가이드부(300) 상단에 형성된 수평방향 가이드 홈(310)에 해당하며, 제2단 확공날의 경우 쐐기형 굴착부(400) 상단에 형성된 수평방향 가이드 홈(410)에 해당함)과 이동 가능하게 결합된다.

한편, 이러한 확공날(200)은 동 실시예에서는 상단인 제1단에서는 0도 180도의 위치에 형성되고 하단인 제2단에서는 90도 270도의 위치에 형성되지만 필요에 따라서는 각도와 개수, 그리도 단수가 변경될 수 있음을 이해할 것이다.

도 8에 도시된 확공날 가이드부(300)는 장치가 확공 시 복수의 1단, 2단 확공날(200)의 움직임을 가이드 하는 홈(310, 320)이 각각 형성되어 있으며, 확공 시 발생하는 이물질이 시스템 안으로 들어오지 못하게 하는 이물질 삽입 방지벽(330)이 포함되어 있다. 또한, 확공날 가이드부(300) 하부에는 확공 시 확공날(200)의 외부 이탈을 방지하는 스토퍼(340)가 포함되어 있다.

당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 확공날 가이드부(300)는 확공날이 2 이상의 복수 단에 설치될 경우 필요로 되는 구성에 해당한다. 따라서, 만일 동 굴착 시스템을 1단의 확공날로 구현한다면 별도의 확공날 가이드부(300)는 필요하지 않을 것이며(즉, 1단의 확공날 하부의 수평방향 가이드 돌기부(230)가 쐐기형 굴착부(400)의 수평방향 가이드 홈(410)에 직접 결합 가능함), 또한 만약 동 굴착 시스템을 3단의 확공날로 구현한다면 확공날 가이드부(300)는 2개가 필요할 것이다. 이는 일 실시예에 의한 확공날(200)과 확공날 가이드부(300)가 결합된 상태를 나타낸 도 9를 참조한다면 명확하게 이해될 것이다.

또한, 앞서 설명한 각종 돌기부와 홈으로 구성된 가이드 결합 구조는 서로 상보적인 반대의 구조로 변형될 수 있음을 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이므로, 이러한 상보적 구조에 대한 기타 변형 실시예의 설명에 대해서는 생략하도록 한다.

굴착 시스템 작동 방법

① 확공 전 굴착 작동 (도 1(a), 도 2(a), 도 10(a) 참조)

앞서 설명한 본 실시예에 의한 굴착 시스템에 있어서, 확공조절기구(150)를 조절하여 확공날(200)이 완전히 오므림 된 위치인 굴착위치(제2위치)에 고정되도록 한다. 따라서 확공 전 타격부(100)의 직경과 동일한 직경으로 굴착 시에는 타격부(100)를 타격하여, 타격부(100)와 중심 봉(500)이 함께 이동하도록 하여 둘 사이의 상대이동이 발생되지 않도록 한다(도 1 (a) 참조).

② 확공날 펼침/오므림 작동 (도 1(b), 도 2(b), 도 10(b) 참조)

굴착 후 확공(또는 동시 작동)을 할 때는 확공조절기구(150)에 의하여 먼저 타격부(100)와 중심 봉(500) 사이의 상대이동이 발생되도록 하여야 한다.

확공날(200)과 타격부(100) 사이의 상대 운동이 발생하면 타격부의 경사면(및 확공날 가이드부의 경사면)을 따라 확공날이 반경방향 외측으로 밀려 이동하여 날 부분이 외부로 돌출 확장되게 된다(도 1 (b) 참조). 즉, 확공날의 펼침에 의하여, 도 2에서 확인되는 바와 같이 시스템의 전체 길이가 “h” 만큼 줄어들고, 도 10에서와 같이 중심 봉(500)이 슬릿 형성부로 돌출하게 된다. 오므림 작동시에는 그 반대가 된다.

가령, 땅 속에 구멍을 뚫는 중에 땅을 확공할 경우, 굴착기 상부에 있는 웜기어를 회전시켜 확공날을 펼쳐야 한다. 이 때 웜기어의 회전은 웜기어와 맞닿아 있는 윔휠기어를 회전시키고 해당 웜휠기어의 내부에 파져 있는 또 다른 기어는 굴착기 중심에 위치한 중심 봉의 상부 끝단에 파져 있는 나사산과 맞물려 해당 봉의 상하 운동을 야기한다. 중심 봉의 하부 끝단은 쐐기 모양으로 된 굴착부와 체결되어 있는데, 중심 봉의 상하 운동에 의해 쐐기 주위에 있는 확공날을 굴착기의 반경방향 바깥으로 밀어주기도 하고 오므리게도 하는 상대적 운동을 야기한다. 결과적으로 굴착기 상단에 위치한 웜기어의 회전 방향에 따라 확공날을 펼치거나 오므릴 수 있는 제어가 가능하다.

③ 확공/굴착과 동시에 파이프 삽입 작동 (도 11 참조)

한편, 본 실시예의 굴착 시스템 및 이를 이용한 굴착 방법에 의하면 굴착/확공과 동시에 파이프 등의 배관을 땅속으로 삽입할 수 있으며, 이로 인하여 땅 속에 있는 가스상 물질을 파이프를 통한 즉각적인 수거가 가능하여 이들 가스가 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다.

도 11 (a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 굴착 시스템에 의한 파이프(P) 동시 삽입을 위한 공정을 나타낸다.

도 11에 도시된 바와 같이, 확공용 굴착 시스템의 외경보다 큰 내경을 갖는 파이프(P) 내부에 시스템을 삽입한다. 이 때 파이프(P)가 상부 확공날(210)의 윗면에 위치하면 확공조절기구(150)의 웜기어(151)를 약간 회전시켜 파이프가 굴착 시스템 아래로 빠지지 않도록 한다(도 11 (b) 확대도 참조).

이러한 상태가 유지된 상태에서 타격부(100)의 상판인 타격판(110)을 가격할 경우 확공용 굴착 시스템은 땅 속으로 삽입되고 확공/굴착과 동시에 파이프를 삽입할 수 있게 된다. 이와 같이 굴착/확공과 동시에 파이프 등의 배관을 땅속으로 삽입할 수 있게 된다.

④ 확공날 회수 작동 (도 1(a), 도 2(a), 도 10(a) 참조)

굴착 및 확공 후 확공용 시스템을 땅 밖으로 다시 위치시킬 때 확공날은 확장 이전의 위치로 회수되어야 한다. 이를 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 확공조절기구(150)의 웜기어(151)를 확공시의 회전방향과 반대방향으로 회전 및 고정시켜 타격부(100)와 중심 봉(500) 사이의 상대이동을 방지하여야 한다.

이러한 확공날 회수 동작에 의하여 땅 속에 있는 물질이 외부로 노출되는 문제점을 해결할 수 있다.

이상, 본 명세서에 개시된 기술을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

100 타격부
110 타격판
120 위치 제어 슬릿
130 스토퍼
140 경사방향 가이드 홈
150 확공조절기구
151 제1기구(웜기어)
153 제2기구(웜휠기어)
153a 외부기어 153b 내부기어
200 확공날
210 확공날 부분
220 경사방향 가이드 돌기부
230 수평방향 가이드 돌기부
300 확공날 가이드부
310 수평방향 가이드 홈
320 경사방향 가이드 홈
330a 이물질 삽입 방지벽
330b 이물질 삽입 방지벽 결합부
340 스토퍼
400 쐐기형 굴착부
410 확공날 가이드부
411 수평방향 가이드 홈
500 중심 봉

Claims

굴착을 위한 타격을 전달하도록 구성된 타격부;
굴착 대상물과 접촉하도록 구성된 쐐기형 굴착부;
상기 쐐기형 굴착부에 일단이 결합되고 상기 타격부의 길이방향으로 내부를 관통하는 중심 봉; 및
상기 중심 봉의 상하 이동에 의하여, 상기 타격부의 외경보다 반경방향 외측으로 더욱 돌출되는 제1위치와 상기 타격부의 외경과 동일한 제2위치 사이의 구간 내에서 이동 가능하도록 구성되는 복수의 확공날
을 포함하고,
상기 중심 봉의 상하 이동은 확공조절기구에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는,
확공용 굴착 시스템.
굴착을 위한 타격을 전달하도록 구성된 타격부;
굴착 대상물과 접촉하도록 구성된 쐐기형 굴착부;
상기 쐐기형 굴착부에 일단이 결합되고 상기 타격부의 길이방향으로 내부를 관통하는 중심 봉;
상기 타격부와 상기 쐐기형 굴착부 사이에 위치되는 확공날 가이드부;
상기 타격부와 상기 확공날 가이드부의 사이에 위치되고, 상기 타격부의 외경보다 반경방향 외측으로 더욱 돌출되는 제1위치와 상기 타격부의 외경과 동일한 제2위치 사이에서 이동 가능하도록 구성되는 제1단의 복수의 확공날; 및
상기 확공날 가이드부와 상기 쐐기형 굴착부의 사이에 위치되고, 상기 타격부의 외경보다 반경방향 외측으로 더욱 돌출되는 제1위치와 상기 타격부의 외경과 동일한 제2위치 사이에서 이동 가능하도록 구성되는 제2단의 복수의 확공날
을 포함하고,
상기 타격부는 상기 확공날의 제1위치를 조절하도록 구성된 확공조절기구를 포함하는,
확공용 굴착 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 확공조절기구는,
외력에 의해 회전하도록 구성된 제1기구; 및
상기 제1기구에 인가되는 회전력을 상기 중심 봉의 상하이동을 위한 구동력으로 변환하도록 구성된 제2기구
를 포함하는,
확공용 굴착 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제1기구는 웜기어를 포함하고, 상기 제2기구는 웜휠기어를 포함하고,
상기 웜휠기어는, 상기 웜기어의 회전력을 전달받도록 구성된 외주면과, 상기 중심 봉이 관통하면서 상기 중심 봉의 일부 외면에 형성된 나사산에 힘을 전달하도록 구성된 내주면을 포함하는,
확공용 굴착 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 확공날 각각은, 확공을 수행하도록 형성된 날 부분 및 상기 확공날의 일정한 수평이동을 가능하도록 구성된 복수의 가이드를 포함하는,
확공용 굴착 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 타격부는,
상기 확공날의 날 부분과 슬라이딩 접촉 가능하도록 구성된 경사면; 및
상기 경사면과 상기 확공날의 날 부분 사이의 가압 접촉에 의하여 상기 확공날이 이동하는 경우, 상기 확공날의 일정한 수평방향 이동을 가능하도록 구성된 가이드를 포함하는,
확공용 굴착 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 쐐기형 굴착부는, 상기 경사면과 상기 확공날의 날 부분 사이의 가압 접촉에 의하여 상기 확공날이 이동하는 경우, 상기 확공날의 일정한 수평방향 이동을 가능하도록 구성된 가이드를 일체로 또는 별도 구조체로 포함하는,
확공용 굴착 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 타격부의 가이드는 하부에 형성된 경사방향 가이드 홈으로 구성되고,
상기 확공날의 복수의 가이드는, 상부에 형성된 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 확공날의 하부에 형성된 수평방향 가이드 돌기부로 구성되며,
상기 쐐기형 굴착부의 가이드는 상부에 형성된 수평방향 가이드 홈으로 구성되고,
상기 확공날의 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 수평방향 가이드 돌기부는 상기 타격부의 경사방향 가이드 홈과 상기 쐐기형 굴착부의 수평방향 가이드 홈에 각각 결합되는,
확공용 굴착 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 확공날 가이드부는,
상기 확공날의 날 부분과 슬라이딩 접촉 가능하도록 구성된 경사면; 및
상기 경사면과 상기 확공날의 날 부분 사이의 가압 접촉에 의하여 상기 확공날이 이동하는 경우, 상기 확공날의 일정한 수평방향 이동을 가능하도록 구성된 복수의 가이드를 포함하는,
확공용 굴착 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 타격부의 가이드는 하부에 형성된 경사방향 가이드 홈으로 구성되고,
상기 확공날 가이드부의 복수의 가이드는 상부에 형성된 수평방향 가이드 홈과 하부에 형성된 경사방향 가이드 홈으로 구성되고,
상기 쐐기형 굴착부의 가이드는 상부에 형성된 수평방향 가이드 홈으로 구성되고,
상기 제1단 및 제2단의 확공날의 복수의 가이드는, 상부에 형성된 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 확공날의 하부에 형성된 수평방향 가이드 돌기부로 구성되며,
상기 제1단의 확공날의 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 수평방향 가이드 돌기부는 상기 타격부의 경사방향 가이드 홈과 상기 확공날 가이드부의 수평방향 가이드 홈에 각각 결합되고,
상기 제2단의 확공날의 경사방향 가이드 돌기부 및 상기 수평방향 가이드 돌기부는 상기 확공날 가이드부의 경사방향 가이드 홈과 상기 쐐기형 굴착부의 수평방향 가이드 홈에 각각 결합되는,
확공용 굴착 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제1단의 복수의 확공날과 상기 제2단의 복수의 확공날은 상기 중심 봉의 축방향으로부터 바라볼 때 서로 겹치지 않도록 배열되는,
확공용 굴착 시스템.
굴착 및 확공 동시 수행 방법으로서,
제1항 또는 제2항에 의한 확공용 굴착 시스템을 준비하는 단계;
상기 확공날을 상기 제2위치로 이동시킨 상태에서 상기 타격부에 타격을 인가하는 단계;
상기 확공조절기구를 통해 상기 확공날을 상기 제1위치로 이동시킨 후 굴착 및/또는 확공을 수행하는 단계; 및
상기 확공날을 상기 제2위치로 이동시킨 상태에서 상기 확공용 굴착 시스템을 퇴거시키는 단계를 포함하는,
굴착 및 확공 동시 수행 방법.
굴착과 확공 및 파이프 동시 매설 방법으로서,
제1항 또는 제2항에 의한 확공용 굴착 시스템의 외경보다 큰 내경을 갖는 파이프 내부에 상기 굴착 시스템을 삽입하는 단계;
상기 파이프가 확공날의 상면에 위치하면 상기 확공조절기구를 통해 상기 확공날을 상기 제1위치로 이동시켜, 상기 파이프가 상기 굴착 시스템 아래로 빠지지 않도록 하는 단계;
이러한 상태가 유지된 상태에서 타격부를 가격하여 상기 굴착 시스템을 땅 속으로 삽입하여 확공/굴착과 동시에 파이프를 삽입하는 단계; 및
상기 확공날을 상기 제2위치로 이동시킨 상태에서 상기 확공용 굴착 시스템을 퇴거시키는 단계
를 포함하는,
굴착과 확공 및 파이프 동시 매설 방법.